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作者：何东林  民航局第二研究所

0    引言

从2005年开始，中国民航运输总周转量位列世界第二，标志着我国成为名副其实的航空运输大国。随着航空运输业的持续发展，机场作为飞机运行的主要载体，近年来发展迅猛，全国千万级机场达到39个，全球旅客吞吐量4千万人次以上的机场数量，我国的占比超过20%。

快速增长的运输量也给“已经疲于应付现有市场需求”的民航带来巨大压力。党的十九大指出，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，亦间接点出了我国民航行业发展过程中主要矛盾之所在。其中行业发展需求旺盛和保障能力不足的矛盾突出，主要表现在大型机场运行压力日益增大，航班延误问题日益突出，上海虹桥“1011”事件两架飞机仅差3 s相撞，全球年运送旅客超过3 000万的机场准点率前20排名，中国内地机场无一上榜。

为了根本扭转机场快速发展与保障能力不足的矛盾，民航局出台《中国民航四型机场建设行动纲要》，提出要以智慧为引领，通过智慧化手段加快推动平安、绿色、人文目标的实现，由巩固硬实力逐步转向提升软实力，以打造智慧机场为目标。交通运输部印发的《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》，指出加快机场信息基础设施建设，推进各项设施全面物联、打造数据共享、协同高效、智能运行的智慧机场。作为决定机场整体运行安全与效率的关键区域，智慧飞行区的建设是构建智慧机场的重要环节。

智慧飞行区的建设，需要以机场发展痛点、未来技术发展方向为着眼点，从顶层设计、功能设计、支撑技术等多个方面考虑。本文以问题为导向，通过认清当前飞行区运行发展现状与问题，积极思考智慧飞行区内涵，并科学谋划智慧飞行区应具备的技术体系，从而提高智慧飞行区总体规划的可实施性和可操作性。

1    飞行区运行现状与问题分析

飞行区是供飞机起飞、着陆、滑行和停放使用的场地，包括跑道、升降带、跑道端安全区、滑行道、机坪以及机场周围对障碍物有限制要求的区域。在飞行区内，基本要素主要包括飞机、车辆、人、基础设施设备，飞行区运行则是基于其基本要素，在规范标准以及环境的约束下，通过监测、分析、决策等手段，实现飞行区内人、车、飞机的安全高效流动，以保障飞行区内场面运行、设施管养、作业服务、应急救援等业务的有序运行。

随着我国民航快速发展，飞行区规模不断扩大，布局更加复杂，多跑道、多滑行道、多机坪的机场众多，大型机场飞行区交通流量大、密度大呈常态化。虽然各机场目前运行状况能保障飞行区基本安全运行，但是尚存在一些问题。如仍存在安全隐患，2020年10月16日，在四川攀枝花机场发生的跑道外接地不安全事件造成航空器机身撕裂，险些酿成机毁人亡的惨剧。航空器刮碰事件日益增多，据国内机场2009~2018年地面碰撞障碍物不安全事件统计，航空器与车辆碰撞事件占57%。飞行区安全风险主动防范能力不强，运行效率不高，滑行等待时间长，运行通畅性不高。

如何正确处理飞行区安全与效率的关系，实现安全与效率的协同发展，需要从现象看本质，深挖飞行区运行管控的主要问题，分析运行管控的监测、分析、决策三大核心任务现状和问题。

1.1   尚未实现全融合、精细化态势监视

监测方面，面向飞机流、车辆流、人员流监测，主要通过场监雷达、ADS-B、多点定位、GPS等采集位置、身份等信息，缺乏飞机运行姿态等精细感知。面向业务流监测，作业进程状态采集自动化程度不高，仍存在目视观测。面向基础设施（如道面、灯光、围界等）监测，主要通过人工定期巡检。面向气象监测，主要通过自观设备、气象雷达等观测气象，预报准确率不足，预报周期长。面向鸟情监测，主要依靠探鸟雷达实现对实时鸟情状况的监视，缺乏对鸟种信息的精准感知及中长期鸟情综合分析。

1.2   分析依赖人工，风险辨析偏事中和事后

分析方面，主要包括飞机、车辆、人员等活动目标的运动状态分析、保障作业进程解析、安全风险辨析。目前，活动目标运动状态分析和各作业进程解析以人工为主，人工分析不准确、不及时，安全风险辨析依赖人员经验的分析判断，偏事中和事后，缺少实时风险监控和风险预测。

1.3   多方碎片化管理，协调复杂，决策智能化水平偏低

决策方面，主要包括风险处理、运行计划、调度优化等。目前，活动目标、基础设施、运行管控职能部门等运行主体间交互协同不足，活动目标被动响应管控中心指令，协同控制少，管控中心控制决策只依赖人员经验，智能化程度低，整体缺乏全局协同决策和主动防控能力。

2    关于智慧飞行区内涵的思考

智慧化是解决飞行区存在的三个重要问题的技术途径。然而，国内外对智慧飞行区并未做更加详细的研究，且没有明确的定义。因此，对智慧飞行区的内涵进行研究是飞行区智慧化发展必不可少的步骤。

《中国民航四型机场建设行动纲要》和《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》对智慧机场的内涵做出了明确定义，即智慧机场是生产要素全面物联，数据共享、协同高效、智能运行的机场。智慧机场的构建，需要加快信息基础设施建设，实现数字化；推进数据共享与协同，实现网络化；推进数据融合应用，实现智能化。这也给智慧飞行区内涵定义指明了方向。智慧飞行区通过对全场全面物联，形成对飞行区运行的全面、精细化、实时感知，而态势感知带来的真正好处在于分析与决策，通过大数据、云计算、人工智能等先进技术，实现自动辨析、智能决策，最终实现飞行区无人化作业的愿景。

因此，智慧飞行区主要具备五大特征：全面透彻感知、全场泛在物联、主动协同控制、智能分析决策、全场无人作业。

2.1   全面透彻感知

对飞行区运行态势的感知向更全面、更精确、更精细、更主动发展。飞行区依靠传感器、定位设备、智能材料以及环境监测设备等来对活动目标、基础设施、气象、鸟情等进行一体化融合感知。对于活动目标的感知，实现飞机“进近-着陆-滑行-起飞”全阶段姿态感知，实现车辆位姿高精度定位。对于基础设施的感知，实现道面、灯光、围界实时状态感知。对于气象的感知，实现特殊气象高时空分辨实时立体综合探测。对于鸟情的感知，实现鸟类活动精确感知。

2.2   全场泛在物联

打破信息孤岛，建立系统对接标准，统一数据定义及信息交互格式标准，实现不同信息的交互。飞行区统筹内部各信息系统，实现全场物联“一张网”，数据全贯通。最终，机载终端、车载终端、智能监测传感器、职能部门管理系统等信息交互端都会接入到构建的物联“一张网”中，实现信息的及时传递与共享。同时还将与空管塔台、机场部门、航空公司对接，实现多系统多网络互联互通，为全域协同及智能决策奠定基础。

2.3   主动协同控制

主动协同控制主要体现在飞机-车辆-场道的通行与避撞协同控制上。飞机与车辆运行不再孤立，不再被动依赖管控中心指令，通过增强飞机与车辆对飞行区的交通情景意识，借助车辆超视距主动感知技术、车-机-场道协同控制技术等，大大增强飞机和车辆在滑行过程中的自主判断和决策能力，提高飞行区局域通行安全与效率。

2.4   智能分析决策

综合运用大数据、人工智能等新技术，收集、融合和分析各类数据，实现预测预警、辅助决策、优化控制等功能。基于更广泛的数据基础，采用预测建模和人工智能等技术，将实现人工自身做不到的更快速的实时决策。实现对飞机起降阶段中偏出跑道、重着陆、场外接地、可控飞行撞地等安全风险和飞机滑行阶段中滑行冲突、道面异常、机坪刮碰、跑道入侵等安全风险的自动辨析和预测预警。实现飞行区全域智能的运行决策、资源调度决策、设施管养决策、应急救援决策等，实现飞行区运行态势预测。

2.5   全场无人作业

应用智能化作业装备，在航空器保障、货运传输与装卸、基础设施管养等领域实现无人化。以无人车、机器人、无人机为载体，实现道面、助航灯光、围界等基础设施的自动巡检与维护，实现航空器保障（如引导、加油、配餐、除冰、航前航后检查等）的全自动化流程，实现行李/货运的物流全站处理自动化流程。

具备全面透彻感知、全场泛在物联、主动协同控制、智能分析决策、全场无人作业这五大特征的飞行区，将真正实现感知全息化、全面物联化、控制协同化、决策智能化、作业无人化的运行愿景，如图1所示。

3    关于智慧飞行区技术体系的展望

基于智慧飞行区的五大特征，对支撑智慧飞行区发展技术体系进行展望，定义六大关键技术。

3.1   面向运行态势精确感知的数字孪生技术

研究活动目标、道面设施、特殊气象、鸟情等一体化场面运行态势实时三维精确感知技术，形成面向飞行区运行的多对象、低延时数字孪生系统。构建数字孪生数据库，汇聚动态运行、数字化解析、动态转化等相关数据实现数据孪生管理。打造孪生可视化引擎，实现虚拟模型的实时动态呈现、数据的实时响应。

3.2   飞行区空地一体化互联与共享技术

研究AeroMACS、ATN、ACARS、5G等多种异构网络融合技术，实现各种网络实时互联互通。研究不同运行主体（航空器、车辆、路侧设施等）之间的数据交换和信息共享机制，实现不同运行主体及其业务间的互联互操作。

3.3   航空器运行安全风险主动防控技术

研究关键岗位人员的人为差错（疲劳）生化代谢新机理，形成适应工作特性预警理论技术及风险防范系统。研究人-机-环等多元数据融合下的航空器运行状态趋势预估机制与安全风险演化机理，实现基于多源信息精准认知的风险主动安全防控。

3.4   车-机-场道协同控制技术

融合车载激光雷达、路侧单元、车-机GPS、飞机路由信息等多源数据，研究车路融合的目标检测算法，实现车辆对飞机轮廓碰撞风险点的主动精确探测。构建车-机/车-车冲突风险评估模型，研究失效模式下主动安全防控方法与应急管控策略，实现局域时空下车-机通行与避撞的协同控制。

3.5   飞行区运行智能管控技术

研究多主体业务系统信息认知与风险识别技术，实现多源异构信息的特征提取与一致精准认知，实现基于活动态势推演的风险识别。考虑飞机、车辆、智能作业装备、道面、助航灯光、气象等多风险源因素及其多类型目标的交互作用，研究多类型目标主动安全防控智能决策技术。推动飞行区运行管控由事中/事后的被动响应向事前的主动防范转变，由经验驱动的人工决策向技术驱动的智能决策转变。

3.6   飞行区保障作业无人化技术

研究设施设备无人巡检与核心装备智能化，研究道面智能管养、跑道外来物探测与移除的智能协同、围界与助航灯光无人巡检等技术，研制一系列用于设施设备自动巡检的无人驾驶车辆、无人机、自动抓取外来物机器人等。

4    结束语

智慧飞行区是机场安全与效率协同发展的重要支撑。在发展过程中，不仅要从顶层设计出发，考虑国际民航发展、先进技术发展的全球因素，也要立足于我国机场自身发展特点，以及安全与效率发展面临的问题，统筹考虑，制定适合我国国情的智慧飞行区发展规划，定义智慧飞行区内涵，重点考虑支撑智慧飞行区建设的技术体系，助力智慧飞行区建设从规划到有效落地。

来源：文图：《民航科技》